牽引變電站供電線路帶負荷測試分析

羅 通 劉偉豪

牽引變電站供電線路帶負荷測試分析

羅 通 劉偉豪

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

在我國，牽引變電站的變壓器主要采用V/V型、V/X型和Scott型等聯(lián)結(jié)方式。電源側(cè)線路的功率和功角大小因牽引變不同的聯(lián)結(jié)方式而存在差異，造成牽引供電線路新投產(chǎn)間隔帶負荷測試存在一定的困難。鑒于此，本文對不同牽引變聯(lián)結(jié)方式下的牽引供電線路帶負荷測試方法進行分析，為判斷電流互感器或電壓互感器回路極性提供依據(jù)。應(yīng)用本文的分析方法和結(jié)論對多條牽引供電線路進行帶負荷測試，結(jié)果驗證了本文分析結(jié)論的準(zhǔn)確性。

牽引變壓器；帶負荷測試；V/V型變壓器；V/X型變壓器；Scott型變壓器

0 引言

在中國鐵路高速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)與電氣化鐵路供電系統(tǒng)聯(lián)系得越來越緊密。由于牽引變電站的特殊性，其主變聯(lián)結(jié)方式多種多樣。對于未接觸過牽引供電的電力系統(tǒng)工作人員來說，對牽引供電線路新投產(chǎn)間隔進行帶負荷測試存在一定的困難。文獻[1-2]和文獻[3]分別針對V/V型和V/X型聯(lián)結(jié)方式的牽引變壓器的牽引供電線路帶負荷測試進行了分析，未對Scott型聯(lián)結(jié)方式的牽引變壓器進行分析。文獻[4-5]針對電氣化鐵路負荷性質(zhì)，研究不同牽引變壓器聯(lián)結(jié)方式對諧波和負序分量的影響，但是未從供電側(cè)角度對線路的功角關(guān)系進行分析。本文通過對V/V型、V/X型和Scott型三種牽引變聯(lián)結(jié)方式下的供電線路進行理論分析，計算其功率和功角大小，得出其功角關(guān)系的結(jié)論。最后，在牽引供電線路新投產(chǎn)間隔帶負荷測試時，直接應(yīng)用本文的分析結(jié)論進行驗證，提高了牽引變電站供電線路帶負荷測試的效率。

1 供電線路帶負荷測試分析

電氣化鐵路牽引變電站的主變常用的聯(lián)結(jié)方式多種多樣，本文以V/V型、V/X型和Scott型聯(lián)結(jié)方式為例對其進行分析。本文中的三種聯(lián)結(jié)方式示意圖僅給出與本文分析有關(guān)的部分，不包含牽引站內(nèi)母線、電抗器等其他設(shè)備[5]。

1.1 V/V型聯(lián)結(jié)變壓器

圖1 V/V型聯(lián)結(jié)牽引變及外圍供電系統(tǒng)示意圖

在牽引變電站啟動的過程中，經(jīng)常使用移動電容器作為負載接于牽引變壓器低壓出線側(cè)[6]，當(dāng)牽引變電站僅投電容器時，二次繞組電流、分別超前相電壓90°，按照圖1所示方向，牽引變壓器一、二次繞組的電壓電流相量關(guān)系如圖2所示。

圖2 V/V型聯(lián)結(jié)變壓器兩側(cè)繞組電流電壓相量圖

1）各相電流關(guān)系為

2）各相電壓和相電流相位差為

即回流相的電壓超前電流270°，超前回流相的非回流相電壓超前電流240°，落后回流相的非回流相電壓超前電流300°。

3）對V/V型聯(lián)結(jié)的牽引站，設(shè)站內(nèi)單臺電容器容量為。當(dāng)僅投電容器時，和外圍供電線路非回流相電流的關(guān)系為

1.2 V/X或Iio型聯(lián)結(jié)變壓器

圖3為V/X型聯(lián)結(jié)牽引變及外圍供電系統(tǒng)示意圖，通常使用兩臺Iio型變壓器組合成V/X型聯(lián)結(jié)牽引變壓器[2]。在鐵路建設(shè)初期，容量需求不大的情況下，采用一臺Iio型變壓器以兩相供電方式為接觸網(wǎng)供電，如圖3中虛框所示，此時牽引站外圍供電線路僅兩相有負載[7-8]。

圖3 V/X型聯(lián)結(jié)牽引變及外圍供電系統(tǒng)示意圖

將移動電容器作為負載接于牽引變壓器低壓側(cè)bc相間，二次繞組電流滯后相電壓 90°，按照圖3所示方向，牽引變壓器一、二次繞組的電壓電流相量關(guān)系如圖4所示。

通過分析可以得到如下結(jié)論。

1）各相電流關(guān)系為

即B相與C相電流大小相等方向相反，A相無電流。

2）當(dāng)僅投電容器時，各相電壓和相電流相位差為

即回流相（接地相）電壓超前電流60°，非回流相（有流）電壓超前電流120°。

3）設(shè)站內(nèi)單臺電容器容量為，則相電流為

1.3 Scott型聯(lián)結(jié)變壓器

Scott型變壓器主要應(yīng)用于大容量供電的重載鐵路[6]，在本地區(qū)并不常見，故本文僅做理論分析。

圖5為Scott型聯(lián)結(jié)牽引變及外圍供電系統(tǒng)示意圖，分析Scott型變壓器一、二次繞組電壓電流得到圖6、圖7所示相量圖。

其中M座電壓為

T座電壓為

式中：M為M座變壓器電壓比；T為T座變壓器電壓比。

圖5 Scott型聯(lián)結(jié)牽引變及外圍供電系統(tǒng)示意圖

圖6 Scott型聯(lián)結(jié)變壓器兩側(cè)繞組電壓相量圖

圖7 Scott型聯(lián)結(jié)變壓器高壓側(cè)電壓電流相量圖

1）各相電流關(guān)系為

即A相與B相電流大小相等方向相反，C相無電流。

2）當(dāng)僅投電容器時，各相電壓和相電流相位差為

即A相電壓超前A相電流240°，B相電壓超前B相電流300°。

3）設(shè)站內(nèi)單臺電容器容量為，則相電流為

1）各相電流關(guān)系為

即A相與B相電流大小相等方向相同，C相電流大小為A相的兩倍且方向相反。

2）當(dāng)僅投電容器時，各相電壓和相電流相位 差為

即A相電壓超前A相電流150°，B相電壓超前B相電流30°，C相電壓超前C相電流90°。

3）設(shè)站內(nèi)單臺電容器容量為，則相電流為

1.4 對比分析

對1.1～1.3節(jié)中得出的結(jié)論進行對比分析，見表1，功角關(guān)系均為純電容負荷的情況。

通過對比分析可知，各相電流關(guān)系、相電壓和相電流相位差并無規(guī)律可循，而牽引站供電線路的無功功率（電容器容量）均為有流相的相電壓相量和與相電流的乘積，與聯(lián)結(jié)方式無關(guān)。

表1 不同變壓器供電線路帶負荷測試結(jié)論對比

2 實測分析

帶負荷測試常用的方法是使用三相相位伏安表測量二次電流、電壓的大小與相位差，進而判斷出電壓、電流互感器二次回路的極性和相序是否聯(lián)結(jié)錯誤[11-12]。本文使用線路測控裝置顯示的一次值可以更為直觀地體現(xiàn)本文得出的結(jié)論，各項數(shù)據(jù)均與三相相位伏安表的測試數(shù)據(jù)進行核對。

2.1 V/V型聯(lián)結(jié)牽引變外圍線路帶負荷測試

以某條新投產(chǎn)的110kV牽引線路為例，已知該牽引站采用V/V型聯(lián)結(jié)方式的變壓器，且回流相為B相，啟動過程中通過下引線將移動電容器接于主變低壓側(cè)B、C相間或A、B相間，電容器容量為4 000kvar。當(dāng)移動電容器接于主變低壓側(cè)B、C相間時，線路測控裝置測得一次值見表2。

A≈C=/110kV=4 000/110A≈36.36A，符合1.1節(jié)結(jié)論3）。

B相為回流相，根據(jù)表1分析各相電流與電壓相位關(guān)系可知，回流相的電壓超前電流270°，超前回流相的非回流相相電壓超前電流240°，落后回流相的非回流相相電壓超前電流300°，符合1.1節(jié)結(jié)論2）。

表2 線路測控裝置數(shù)據(jù)匯總1

2.2 V/X或Iio型聯(lián)結(jié)牽引變外圍線路帶負荷測試

以某條新投產(chǎn)的220kV牽引線路為例，已知該牽引站采用Iio型聯(lián)結(jié)方式的變壓器，且無流相為C相。啟動過程中通過下引線將移動電容器接于主變低壓側(cè)A、B相間，電容器容量為8 000kvar，電流互感器電流比為1 600/1。圖8為后臺監(jiān)控機數(shù)據(jù)，圖9為測控裝置顯示的二次值，裝置默認(rèn)以A相電壓作為參考。通過對后臺監(jiān)控機的數(shù)據(jù)與測控裝置數(shù)據(jù)進行整理，得到實際一次側(cè)的值見表3。

圖8 后臺監(jiān)控機數(shù)據(jù)

圖9 測控裝置顯示數(shù)據(jù)

表3 線路測控裝置數(shù)據(jù)匯總2

表3中，C相對較小，由于線路存在電容電流，

B≈A=/220kV=8 000/220A≈36.36A，符合1.2節(jié)結(jié)論3）。

3 結(jié)論

本文根據(jù)不同牽引變壓器的聯(lián)結(jié)方式特點，對牽引供電線路的電壓與電流進行了理論分析與推導(dǎo)，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。對多條牽引供電線路進行帶負荷測試試驗，結(jié)果顯示理論推導(dǎo)結(jié)果和實際測量結(jié)果基本一致。本文的分析與實際測試可為現(xiàn)場的繼電保護工作人員提供理論支撐，直接應(yīng)用結(jié)論可以減少帶負荷測試工作的時長。

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Load test analysis of power supply line in traction substation

LUO Tong LIU Weihao

(Heyuan Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Co., Ltd, Heyuan, Guangdong 517000)

Transformers in traction substations mainly use V/V type, V/X type and Scott type wiring methods. The power and power angle of the line on the power supply side are different due to the different wiring methods of the traction transformer, which causes certain difficulties in the interval load test of the new traction power supply line. Therefore, this article analyzes the load test methods of traction power supply lines under different traction transformer wiring modes to provide a basis for judging the polarity of current transformer or voltage transformer loops. Applying the analysis methods and conclusions of this article to carry out a load test on multiple traction power supply lines verifies the accuracy of the analysis and conclusions of this article.

traction transformer; load test; V/V type transformer; V/X type transformer; Scott type transformer

2021-12-06

2022-01-04

羅 通（1994—），男，江西省贛州市人，碩士，助理工程師，主要從事繼電保護與站端自動化工作。